Биология предполагает, что десятилетия бега неизменно выдувают вам колени. Ученые пытаются понять, почему этого не происходит.
Во-первых, плохие новости. Сложная новая модель показывает, что если вы начнете бегать в возрасте 23 лет и пробегаете менее двух миль в день, есть 98-процентная вероятность того, что ваши колени выйдут из строя к 55 годам. Хорошие новости: на самом деле это не так. бывает в реальной жизни. Фактически, как я и многие другие неоднократно указывали, данные свидетельствуют о том, что бег в худшем случае нейтрален, а, возможно, даже полезен для долгосрочного здоровья ваших колен. Итак, настоящий вопрос - и он интересный - заключается в том, почему колени бегунов не подводят больше среднего.
Основная проблема заключается в том, что хрящ, эластичный материал, который обеспечивает поглощение ударов между костями в коленном суставе, не имеет кровеносных сосудов или нервов. По этой причине он обычно считается в значительной степени инертным и неспособным к самовосстановлению. В течение всей жизни нагрузки он постепенно изнашивается, пока кости не начинают прижиматься друг к другу. Это остеоартрит коленного сустава, самая распространенная проблема суставов в США, от которой страдают около 10 процентов мужчин и 13 процентов женщин в возрасте старше 60 лет.
Однако в последние годы появилось возражение против мнения, что хрящ - это всего лишь инертный комок. Еще в 2006 году исследователь в области биоинженерии по имени Бахаа Сидхом предположил, что хрящ действительно может реагировать и адаптироваться к стрессам, вызываемым повседневной деятельностью, - идею, которую он назвал «кондиционированием хряща». Фактически, он предположил, что отсутствие нагрузки на суставы может объяснить, почему у людей, ведущих малоподвижный образ жизни, развивается остеоартрит коленного сустава. Совсем недавно исследователь Калифорнийского университета в Дэвисе Кейт Баар предположил, что соединительные ткани, в том числе хрящи, действительно обладают способностью к самовосстановлению, которая может быть вызвана правильным сочетанием упражнений и диеты.
Новое исследование, опубликованное в журнале с открытым исходным кодом PeerJ, биомехаником из Мэрилендского университета Россом Миллером и его бывшей аспиранткой Ребеккой Крупеневич, исследует, как эти различные факторы могут объединиться, чтобы объяснить, почему не все бегуны оказываются в инвалидных колясках. Это исследование на основе моделирования, которое объединяет измеренные свойства хряща и силы, задействованные при беге и ходьбе, чтобы предсказать, когда колени должны выйти из строя с наличием или отсутствием способности хряща к самовосстановлению и адаптации. Изюминка: есть веские основания полагать, что, как и многие другие части вашего тела, ваш хрящ действительно становится сильнее, чем больше вы его используете.
По сути (т. Е. Замалчивание нескольких тысяч слов деталей и связки уравнений) исследование включало следующие этапы:
- Проанализируйте походку 22 добровольцев во время ходьбы и бега, чтобы рассчитать силы и нагрузки на их коленный хрящ. Результаты показывают, что бег нагружает хрящи как минимум вдвое больше, чем ходьба.
- Оцените, сколько циклов нагрузки (т. Е. Шагов) может выдержать хрящ в колене, используя нагрузки, рассчитанные на шаге 1, а также данные механических испытаний, проведенных на хряще коровы.
- Подсчитайте, сколько времени потребуется для того, чтобы колено не выдержало, если вы проходите 3,7 мили (6 километров) каждый день или проходите 1,9 мили (3 километра) и бегаете 1,9 мили каждый день.
- Повторите расчеты, предполагая, что хрящ коленного сустава может либо адаптироваться (становиться сильнее, чтобы каждый последующий цикл нагрузки наносил меньше повреждений), либо восстанавливать себя (обращать вспять повреждения, нанесенные предыдущими циклами нагрузки).
- Сравните результаты с реальностью и посмотрите, что кажется наиболее разумным.
Если вы рассматриваете состояние, при котором разрешается только ходьба, предполагая, что вы начинаете со здорового хряща в 23 года, модель предсказывает 36-процентную вероятность отказа колена к 55 годам, если хрящ не может ни адаптироваться, ни восстанавливаться. Если вы добавите некоторую способность к самовосстановлению, эта вероятность упадет до 13 процентов. По словам исследователей, это примерно соответствует реальным данным о том, как часто взрослые люди, не страдающие ожирением и не имеющие травм колена, в конечном итоге заболевают остеоартритом коленного сустава, что дает нам некоторую уверенность в правдоподобности модели.
Однако для бега картина мрачнее: вероятность поломки колена к 55 годам составляет 98 процентов. Даже если вы откорректируете модель так, чтобы хрящ мог самовосстанавливаться, вероятность все равно будет 95 процентов. Это не соответствует реальной жизни. Единственный способ получить разумные цифры - это предположить, что хрящ также может адаптироваться, по-видимому, благодаря способности клеток хряща ощущать механическое давление, создаваемое бегом. Модель включает в себя три формы адаптации: более толстый хрящ, более упругий хрящ и более толстая кость, которая распределяет нагрузку на более широкую область. Если вы попытаетесь настроить параметры для любой из этих форм адаптации, вам придется внести безумно нереалистичные изменения, чтобы получить желаемые результаты. Но если вы предположите комбинацию скромных и реалистичных изменений для каждого из трех типов адаптации, вероятность неудачи упадет до менее 13 процентов, что соответствует сценарию «только ходьба».
Есть небольшое количество доказательств того, что бег действительно может вызвать положительную адаптацию как хряща, так и костей коленного сустава. Но это в лучшем случае неоднородно. На данный момент кондиционирование хряща остается гипотезой. Тем не менее, Миллер полагает, что это наиболее вероятное объяснение поразительно здоровых колен у тех, кто уже много лет занимается бегом, хотя бы за счет процесса исключения. В противном случае, говорит он, вы должны были бы сделать вывод, что либо наш хрящ практически не разрушается, либо бег создает на него гораздо меньшую нагрузку, чем предполагают наши текущие расчеты. Но все лабораторные данные об отдельных кусочках хряща, которые не могут адаптироваться или восстанавливаться, потому что их владелец мертв, показывают, что хрящ действительно изнашивается за годы или десятилетия. И у нас есть различные независимые доказательства, подтверждающие оценки нагрузки на хрящ во время бега, в том числе от коленных имплантатов с датчиками в них.
Легкий вывод здесь тот же, что и из всех наблюдательных исследований, которые показывают, что у бегунов в целом здоровые колени: продолжайте бегать и не беспокойтесь о том, что ваши суставы «истощают». (Вы также не израсходуете свое сердцебиение, просто для протокола.) Более сложный вопрос заключается в том, что произойдет, если у вас действительно разовьется остеоартрит коленного сустава, который случается со многими людьми, как бегунами, так и не бегунами, особенно если они пострадали от острого коленного сустава. травмы, когда они были моложе. Если нагрузка на сустав действительно вызывает положительную адаптацию хряща, это аргумент в пользу продолжения бега в той мере, в какой это позволяют симптомы, вместо того, чтобы полностью переключаться на занятия без нагрузки, такие как плавание. Как я писал несколько лет назад, есть некоторые свидетельства того, что бег, похоже, не ускоряет прогрессирование существующего остеоартрита. Но это все еще большой открытый вопрос, и я надеюсь, что такие исследователи, как Миллер, продолжат его изучать.